RU2504759C1 - Method for wood moisture content determination - Google Patents
Method for wood moisture content determination Download PDFInfo
- Publication number
- RU2504759C1 RU2504759C1 RU2012128552/28A RU2012128552A RU2504759C1 RU 2504759 C1 RU2504759 C1 RU 2504759C1 RU 2012128552/28 A RU2012128552/28 A RU 2012128552/28A RU 2012128552 A RU2012128552 A RU 2012128552A RU 2504759 C1 RU2504759 C1 RU 2504759C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- current
- slope
- moisture content
- sample
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности капиллярно-пористых материалов.The present invention relates to measuring technique, in particular to measuring the moisture content of capillary-porous materials.
Известен способ [см. кн. Глинкин Е.И. Схемотехника аналого-цифровых преобразователей. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. Ун-та, 2009. - С.62-64], заключающийся в измерении вольтограммы, регистрации скорости и ускорения за n измерений отклика, по которым определяют значения установившееся напряжения и постоянной времени.The known method [see Prince Glinkin E.I. Circuitry of analog-to-digital converters. - Tambov: Publishing house of Tamb. state tech. Un-ta, 2009. - S.62-64], which consists in measuring a voltogram, recording speed and acceleration for n response measurements, which determine the values of steady-state voltage and time constant.
Недостатками этого способа являются низкая метрологическая эффективность из-за малой воспроизводимости характеристик, влияние случайных возмущений от временного, температурного и параметрического дрейфа.The disadvantages of this method are the low metrological efficiency due to the low reproducibility of the characteristics, the influence of random disturbances from temporal, temperature and parametric drift.
Известен способ [см. Патент №2240546 (РФ) G01N 27/04, 2004. Бюл. №32], заключающийся в том, что регистрируют время сравнения текущей амплитуды с пороговым значением и измеряют второе напряжение в кратный момент времени от первоначального времени, по двум напряжениям и моментам времени находят диффузионный (предельный) ток в образце, как отношение амплитуды установившегося потенциала к постоянной времени, по которым определяют влажность.The known method [see Patent No. 2240546 (RF)
Недостатками этого способа являются низкая оперативность измерений в адаптивном диапазоне из-за косвенного определения предельного диффузионного тока образца, от которого зависит влажность, а также методическая погрешность, обусловленная линеаризацией токо-влажностной характеристики.The disadvantages of this method are the low measurement efficiency in the adaptive range due to the indirect determination of the limiting diffusion current of the sample, on which the humidity depends, as well as the methodological error due to the linearization of the current-humidity characteristics.
За прототип принят способ [см. Патент №2341788 (РФ) G01N 27/04, 2008. Бил. №35], заключающийся в том, что регистрируют текущую амплитуду тока в первый момент времени и измеряют второй ток в кратный момент времени от первоначального значения времени, по двум токам и моментам времени находят предельный ток в образце и действительную влажность по калибровочной характеристике.For the prototype adopted the method [see Patent No. 2341788 (RF)
Недостатком прототипа является сложность измерения амплитуды тока в наноамперах, соизмеримой с белым шумом.The disadvantage of the prototype is the complexity of measuring the amplitude of the current in nanoamperes, commensurate with white noise.
Технической задачей способа являются повышение точности и расширение диапазона контроля при заданных метрологических характеристиках.The technical task of the method is to increase the accuracy and expand the control range for a given metrological characteristics.
Поставленная техническая задача достигается тем, что:The technical task is achieved in that:
в способе определения влажности древесины, заключающемся в том, что осуществляют контакт с образцом с помощью двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга, прикладывают напряжение на измерительную ячейку, состоящую из последовательно включенных влажного материала и эталонного сопротивления, измеряют напряжение на эталонном сопротивлении и определяют влажность, в отличие от прототипа, в фиксированный момент времени измеряют амплитуду напряжения, тока и крутизны соответствующих импульсных динамических характеристик, по которым регистрируют их комплекс информативных параметров: постоянную времени и предельное напряжение, начальный ток и его крутизну, которые служат для определения влажности по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори на границах адаптивного диапазона по образцу с известной влажностью и нормируемыми параметрами: постоянной времени и предельным напряжением, начальным током и крутизной при измерении в фиксированный момент времени амплитуд напряжения, тока и крутизны соответствующих нормированных импульсных динамических характеристик.In the method for determining the moisture content of wood, which consists in contacting the sample with two electrodes located along a line perpendicular to the fibers of the sample at a fixed distance from each other, a voltage is applied to the measuring cell, consisting of series-connected wet material and a reference resistance , measure the voltage at the reference resistance and determine the humidity, in contrast to the prototype, at a fixed point in time measure the amplitude of the voltage, current and twist the corresponding impulse dynamic characteristics, according to which their complex of informative parameters is recorded: time constant and limiting voltage, initial current and its steepness, which serve to determine humidity by the calibration characteristic, calibration is carried out a priori at the boundaries of the adaptive range according to the sample with known humidity and normalized parameters : time constant and limiting voltage, initial current and slope when measuring voltage amplitudes at a fixed time, current and the steepness of the corresponding normalized pulse dynamic characteristics.
Сущность предлагаемого способа поясняется на фиг.1÷6. Предлагаемый способ включает 2 этапа:The essence of the proposed method is illustrated in figure 1 ÷ 6. The proposed method includes 2 stages:
- Измерение начального тока исследуемого образца;- Measurement of the initial current of the test sample;
- Калибровка на эталонных материалах для определения действительных значений влажности.- Calibration on reference materials to determine actual moisture values.
1. Влажность древесины определяется за счет измерения начального тока исследуемого образца. Для этого осуществляют контакт с образцом при помощи двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга. Прикладывают напряжение на измерительную ячейку, состоящую из последовательно включенных влажного материала и эталонного сопротивления R0 (фиг.1). Влажный материал представлен в виде схемы замещения, включающей предельное напряжение E, начальный ток I0 и ток сухого материала IS.1. The moisture content of wood is determined by measuring the initial current of the test sample. To do this, contact with the sample using two electrodes located along a line perpendicular to the fibers of the sample at a fixed distance from each other. Apply voltage to the measuring cell, consisting of series-connected wet material and a reference resistance R 0 (figure 1). Wet material is presented in the form of an equivalent circuit, including the limiting voltage E, the initial current I 0 and the dry material current I S.
В один момент времени t измеряют амплитуду напряжения U, ток
где T - постоянная времени, E - предельное напряжение, U - приложенное напряжение на пробе материала, U′ - скорость вольтограммы U(t), соответствующей току измерительной ячейки.where T is the time constant, E is the ultimate voltage, U is the applied voltage on the sample of material, U ′ is the speed of the voltogram U (t) corresponding to the current of the measuring cell.
Зависимость (1) связывает между собой измеряемое значение амплитуды U напряжения за время t исследования до предельного значения Е напряжения с постоянной времени T.Dependence (1) relates the measured value of the voltage amplitude U during the study time t to the voltage limit value E with the time constant T.
Параметры E и T однозначно определяют динамическую характеристику эксперимента по зависимости (1), поэтому их целесообразно принять за информативные параметры динамического процесса аналитического контроля.Parameters E and T uniquely determine the dynamic characteristic of the experiment according to dependence (1), therefore it is advisable to take them as informative parameters of the dynamic process of analytical control.
Формула (1) позволяет определить лишь один из искомых параметров в зависимости от значения другого. Для независимых алгоритмов расчета информативных параметров находят из уравнения (1) второе соотношение после дифференцирования по времени в виде дифференциального уравнения второго порядка:Formula (1) allows you to determine only one of the desired parameters, depending on the value of the other. For independent algorithms for calculating informative parameters, the second relation is found from equation (1) after differentiation in time in the form of a second-order differential equation:
где U′′ - ускорение вольтограммы U(t), соответствующей крутизне тока
Из выражения (2) получают алгоритм определения постоянной времени T:From the expression (2), an algorithm for determining the time constant T is obtained:
как отношение скорости U′ (тока) к ускорению U′′ (крутизне) вольтограммы U(t).as the ratio of the velocity U ′ (current) to the acceleration U ′ ′ (steepness) of the voltogram U (t).
Подставляя выражение (3) в уравнение (1), выявляют алгоритм определения предельного напряжения E:Substituting expression (3) into equation (1), the algorithm for determining the limiting voltage E is revealed:
На практике алгоритмы (3) и (4) реализуют в процессе измерения в один момент времени ti мгновенного значения напряжения U(t), ее тока и крутизны (см. фиг.2).In practice, the algorithms (3) and (4) implement in the measurement process at one moment in time t i the instantaneous value of the voltage U (t), its current and slope (see figure 2).
По полученным информативным параметрам E, T и по формуле (1) восстанавливают импульсные динамические характеристики напряжения U(t), тока U′(t) и крутизны U′′(t). Полученные кривые идентифицируют эксперименту для определения начального тока, начального потока и соответственно влажности образца.Using the obtained informative parameters E, T and formula (1), the impulse dynamic characteristics of voltage U (t), current U ′ (t) and slope U ′ ′ (t) are restored. The obtained curves are identified by the experiment to determine the initial current, initial flow and, accordingly, the moisture content of the sample.
2. В предлагаемом способе с помощью эквивалентов E и T по принципу аналогии (емкостной ток определяется как отношение
Связь влаги W исследуемого образца с начальным током I0 осуществляют по аналогии с ВАХ полупроводников [П.24, формула (2.75), Кн.1. Микроэлектроника. Физические основы функционирования. - М.: Высшая школа, 1987, С.81] по калибровочной характеристике:The connection of moisture W of the test sample with the initial current I 0 is carried out by analogy with the I – V characteristics of semiconductors [A.24, formula (2.75),
где IS - ток структуры сухого материала;where I S is the current structure of the dry material;
W0 - максимальная влага насыщенного влагой W≤W0 материала.W 0 - maximum moisture saturated with moisture W≤W 0 material.
Как и для динамической характеристики параметры IS и W0 однозначно определяют экспериментальную статическую характеристику, поэтому их также принимают за информативные параметры.As for the dynamic characteristic, the parameters IS and W 0 uniquely determine the experimental static characteristic, therefore they are also taken as informative parameters.
Из формулы (6) следует зависимость влаги W от начального тока I0:From the formula (6) follows the dependence of moisture W on the initial current I 0 :
Аппроксимация экспериментальной кривой W(I0) (фиг.3, кривая 1) по экспоненциальной зависимости (фиг.3, кривая 2) не превышает погрешности δ≤0.1%.The approximation of the experimental curve W (I 0 ) (Fig. 3, curve 1) by the exponential dependence (Fig. 3, curve 2) does not exceed the error δ≤0.1%.
Калибровка на эталонах границ диапазона служит для расчета информативных параметров W0 и IS для оптимизации экспоненциальной статической характеристикой (6) экспериментальной влажностной зависимости.Calibration on the standards of the range boundaries serves to calculate the informative parameters W 0 and I S to optimize the exponential static characteristic (6) of the experimental humidity dependence.
При калибровке измеряют значения начального тока в нижней I01 и I02 в верхней границах нормируемого диапазона влажности на эталонных материалах с известной влажностью W01 и W02 (фиг.3). Алгоритм расчета информативных параметров находят из системы двух уравнений для первого и второго измерения:When calibrating, the initial current values in the lower I 01 and I 02 are measured in the upper limits of the normalized humidity range on standard materials with known humidity W 01 and W 02 (Fig. 3). An algorithm for calculating informative parameters is found from a system of two equations for the first and second dimensions:
Делят второе уравнение системы на первое и приводят его к виду:They divide the second equation of the system into the first and bring it to the form:
где n=W02/W0l - коэффициент кратности влажности конечной и начальной точки диапазона.where n = W 02 / W 0l is the coefficient of the multiplicity of humidity of the final and initial points of the range.
Экспоненцируют логарифмическое уравнение и выражают параметр IS:Expose the logarithmic equation and express the parameter I S :
Составляют систему уравнений относительно тока IS:They compose a system of equations for the current I S :
Делят первое уравнение системы на второе и решают полученное уравнение относительно W0:Divide the first equation of the system by the second and solve the resulting equation with respect to W 0 :
Полученные параметры IS и W0 однозначно определяют характеристику эксперимента по зависимости (6) поэтому их принимают за информативные параметры и строят калибровочную кривую (фиг.3, кривая 2).The obtained parameters I S and W 0 uniquely determine the characteristics of the experiment according to dependence (6), therefore, they are taken as informative parameters and a calibration curve is constructed (Fig. 3, curve 2).
Из фиг.5 видна качественная оценка адекватности предлагаемого способа физике процесса: экспериментальная кривая 1 и полученная по экспоненциальному закону кривая 2 практически совпадают.Figure 5 shows a qualitative assessment of the adequacy of the proposed method to the physics of the process: the
Следовательно, определение влажности на границах адаптивного диапазона адекватно.Therefore, the determination of humidity at the boundaries of the adaptive range is adequate.
Докажем эффективность предлагаемого способа определения влажности в фиксированный момент времени по динамическим характеристикам напряжения, тока и крутизны (фиг.5÷6) и по калибровочной характеристике влажности на границах адаптивного диапазона (фиг.3÷4).Let us prove the effectiveness of the proposed method for determining humidity at a fixed point in time by the dynamic characteristics of voltage, current and steepness (Fig. 5 ÷ 6) and by the calibration characteristic of humidity at the boundaries of the adaptive range (Fig. 3 ÷ 4).
Для доказательства адекватности предлагаемого способа эксперименту сравним динамические характеристики тока U′(t)=Iэ(t) с динамической характеристикой по току прототипа Ii(t) (фиг.5). Из графика видна качественная оценка: кривые практически совпадают. Количественно относительное отклонение ε динамической характеристики по току Iэ от экспериментальной динамической характеристики по току Ii определяют по формуле:To prove the adequacy of the proposed method to the experiment, we compare the dynamic characteristics of the current U ′ (t) = I e (t) with the dynamic current characteristics of the prototype I i (t) (Fig. 5). A qualitative assessment is visible from the graph: the curves almost coincide. Quantitatively, the relative deviation ε of the dynamic current characteristic I e from the experimental dynamic current characteristic I i is determined by the formula:
где Ii - экспериментальное значение тока прототипа, измеряемого по экспоненциальной зависимости;where I i is the experimental current value of the prototype, measured by the exponential dependence;
Iэ - значение тока импульсной динамической характеристики предлагаемого способа, регистрируемого по дифференциальной зависимости.I e - the value of the current impulse dynamic characteristics of the proposed method, recorded by the differential relationship.
Для оперативности измерения с заданной точностью ε0 фиксированный момент времени t1 измерения выбирают меньше постоянной времени T<0,1. Из графика (фиг.6) видно, что на данном интервале погрешность постоянна и не превышает заданной величины ε0=0,015·10-13%.For the efficiency of measurement with a given accuracy ε 0 a fixed point in time t 1 measurements choose less than the time constant T <0.1. From the graph (Fig.6) it can be seen that in this interval the error is constant and does not exceed a predetermined value ε 0 = 0.015 · 10 -13 %.
Следовательно, предлагаемый способ регистрации напряжения, тока и крутизны в фиксированный момент времени адекватен с заданной погрешностью.Therefore, the proposed method for recording voltage, current and steepness at a fixed point in time is adequate with a given error.
Для оценки эффективности предлагаемого способа определения влажности по калибровочной характеристике (фиг.3) влажности фиксируют погрешность δ (см. фиг.4) предлагаемого способа и принимают ее за эквивалентную меру δ0k=δ0, где
Для каждой k-й погрешности δ0k находят диапазоны предлагаемого способа и прототипа. Погрешность предлагаемого способа стремится к нулю, например к 0,01, и постоянна на всем исследуемом диапазоне влажности D, поэтому диапазон влажности предлагаемого способа D1 равен всему исследуемого диапазону влажности D. Эффективность определяется по формуле (12) как отношение диапазона влажности предлагаемого метода D1 к диапазону влажности прототипа D2. Данные сведены в таблицу 1 и отражены на фиг.4.For each k- th error δ 0k find the ranges of the proposed method and prototype. The error of the proposed method tends to zero, for example, to 0.01, and is constant over the entire investigated range of humidity D, so the humidity range of the proposed method D 1 is equal to the entire studied range of humidity D. The efficiency is determined by formula (12) as the ratio of the humidity range of the proposed method D 1 to the humidity range of the prototype D 2 . The data are summarized in table 1 and reflected in figure 4.
Из таблицы видно, что при уменьшении критерия оценки δ диапазон влажности прототипа D2 уменьшается. Например, при δ03=0,1% D2=0,122. При уменьшении погрешности δ сокращается диапазон D2, а эффективность η предлагаемого способа возрастает на порядок. Например, для погрешности δ01=0,01% диапазон D2=0,008, а эффективность η=20.The table shows that with a decrease in the evaluation criterion δ, the moisture range of the prototype D 2 decreases. For example, when δ 03 = 0.1%, D 2 = 0.122. With a decrease in the error δ, the range D 2 decreases, and the efficiency η of the proposed method increases by an order of magnitude. For example, for the error δ 01 = 0.01%, the range is D 2 = 0.008, and the efficiency is η = 20.
Следовательно, предлагаемый способ эффективен по расширению диапазона влажности при заданной погрешности измерения на порядок.Therefore, the proposed method is effective in expanding the humidity range for a given measurement error by an order of magnitude.
Аналогичные результаты очевидны для фиксированного диапазона, для которого эффективность по точности также выше на порядок.Similar results are obvious for a fixed range, for which the efficiency in accuracy is also higher by an order of magnitude.
Таким образом, определение в адаптивном диапазоне влажности по начальному току, регистрируемому в один фиксированный момент времени по динамическим характеристикам напряжения, тока и крутизны, в отличие от прототипа повышает на порядок точность и диапазон.Thus, the determination in the adaptive humidity range of the initial current recorded at one fixed point in time by the dynamic characteristics of voltage, current and steepness, in contrast to the prototype, increases the accuracy and range by an order of magnitude.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128552/28A RU2504759C1 (en) | 2012-07-06 | 2012-07-06 | Method for wood moisture content determination |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128552/28A RU2504759C1 (en) | 2012-07-06 | 2012-07-06 | Method for wood moisture content determination |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2504759C1 true RU2504759C1 (en) | 2014-01-20 |
Family
ID=49948045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012128552/28A RU2504759C1 (en) | 2012-07-06 | 2012-07-06 | Method for wood moisture content determination |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2504759C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2187098C2 (en) * | 2000-06-15 | 2002-08-10 | Тамбовский государственный технический университет | Method of determination of moisture content of capillary porous materials |
EP1345027A1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-17 | Rodolfo J. Prof. Dr.-Ing. Neumann | Apparatus for measuring wood humidity in lumber piles |
RU2240545C2 (en) * | 2002-09-09 | 2004-11-20 | Тамбовский государственный технический университет | Method of determining wood moisture |
RU2240546C1 (en) * | 2003-05-08 | 2004-11-20 | Тамбовский государственный технический университет | Method of determining moisture of capillary-porous materials |
RU2341788C1 (en) * | 2007-03-15 | 2008-12-20 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" | Method of determining moisture content of capillary-porous materials |
-
2012
- 2012-07-06 RU RU2012128552/28A patent/RU2504759C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2187098C2 (en) * | 2000-06-15 | 2002-08-10 | Тамбовский государственный технический университет | Method of determination of moisture content of capillary porous materials |
EP1345027A1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-17 | Rodolfo J. Prof. Dr.-Ing. Neumann | Apparatus for measuring wood humidity in lumber piles |
RU2240545C2 (en) * | 2002-09-09 | 2004-11-20 | Тамбовский государственный технический университет | Method of determining wood moisture |
RU2240546C1 (en) * | 2003-05-08 | 2004-11-20 | Тамбовский государственный технический университет | Method of determining moisture of capillary-porous materials |
RU2341788C1 (en) * | 2007-03-15 | 2008-12-20 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" | Method of determining moisture content of capillary-porous materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2014514093A5 (en) | Method for calibrating an analyte sensor and sensor system configured to implement the method | |
CN102590450B (en) | Based on the array odor detection element of MEMS technology | |
US20210262981A1 (en) | Sensing Systems and Methods for the Estimation of Analyte Concentration | |
RU2359257C1 (en) | Method of quantitative analysis of substances resting on nmr (nuclear magnetic resonance), namely oil and water in test sample of oilseeds conversion product - mill cake or oil cake | |
CN104390932A (en) | Method for detecting moisture content of wood on basis of infrared differential spectrum technology | |
Wandowski et al. | Calibration problem of AD5933 device for electromechanical impedance measurements | |
US11680925B2 (en) | Systems and methods for electrochemical hematocrit determination by alternate current impedance phase angle determinations | |
RU2690065C2 (en) | Diffusion determining method | |
RU2504759C1 (en) | Method for wood moisture content determination | |
JP5953348B2 (en) | Analysis system and method for modulated thermogravimetric analysis | |
US5872454A (en) | Calibration procedure that improves accuracy of electrolytic conductivity measurement systems | |
CN105116015A (en) | Testing method and device for ion concentration in vegetable or fruit | |
RU2341788C1 (en) | Method of determining moisture content of capillary-porous materials | |
Kalita et al. | A comparative study of polymer coated capacitive sensors for soil moisture sensing | |
Josypčuk et al. | Noise and ac impedance analysis of ion transfer kinetics at the micro liquid/liquid interface | |
RU2677259C1 (en) | Diffusion coefficient in sheet orthotropic capillary-porous materials determining method | |
RU2240546C1 (en) | Method of determining moisture of capillary-porous materials | |
Boshenyatov et al. | A method for measuring small-amplitude waves on a water surface | |
RU2375704C1 (en) | Method and device for wood moisture content determination per pulse dynamic response curve | |
RU2655304C2 (en) | Method of determining functional state of the hemostasis system | |
RU2374633C1 (en) | Method and device for determining moisture using current-voltage characteristics of materials | |
RU2187098C2 (en) | Method of determination of moisture content of capillary porous materials | |
RU2552603C1 (en) | Method and device for determination of humidity of capillary and porous materials by pulse dynamic characteristics | |
RU2797137C1 (en) | Method for determining diffusion coefficient in sheet capillary-porous materials | |
RU2586457C1 (en) | Method of determining components of impedance of biological effect |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140707 |